加氢反应安全设施设计的探索

加氢反应安全设施设计的探索

倪磊蕾

   大连市化工设计院有限公司 辽宁大连  116000

摘要：随着市场经济的不断发展，我国石油、医药、化工等行业进入了新的发展阶段。精细化工产业也得到了全面的发展，而加氢反应作为精细化工企业的常见化学反应之一，在石油、医药等行业中具有十分重要的价值。而如何利用现在的集成网络及自动化控制提高加氢过程的使用效率、安全性、可靠性，是化工设计领域一直在提高，探索的问题。

关键词：加氢反应；安全设施

引言

随着近精细化工行业的不断发展，新型农药中间体，医药中间体等需求量的不断增加。在化工设计过程中，加氢反应过程出现的频率也越来越高，这也要求工程设计人员从设计入手，结合工艺要求，不断的完善安全措施的设计。提高自动化程度，提高人员素质，减少人员操作，从控制工艺参数，增加安全附件，及避免二次事故发生等方面来做不断改进。

1、加氢反应危险性分析

加氢反应过程为放热反应，而且反应温度、压力较高，所用原料大多易燃易爆，部分原料和产品有毒性、腐蚀性。所以加氢反应工艺中存在诸多不安全因素。

加氢反应使用大量的氢气，在高压下氢气与钢材易发生反应，产生氢腐蚀，使碳钢的强度下降，而硬度增大，若设备或管道更换不及时，会在高压下发生容器爆炸。加氢工艺过程中可能有硫化氢气体产生，当出现泄漏，可能引发中毒事故，同时工艺中产生的硫化氢对工艺设备也有腐蚀。另外，加氢反应为放热反应，局部温度升高产生热应力会导致反应器泄漏。

在开、停车时惰性气体吹扫不完全，设备内有残留氢气或空气，在停、开车时都会引起火灾、爆炸事故。

加氢工艺中，氢气爆炸极限为4.1%~74.2%，当出现泄漏或设备内混入空气或氧气，易发生爆炸危险。

加氢反应中若出现超压泄放，泄放气液混合物遇空气可能会引起二次爆炸和火灾的危险。

2、安全设施设计

2.1加氢反应涉及到的原料有氢气，甲苯，甲醇，苯酚等，易燃易爆，有毒的物质。所以从基础设计时，就需要开展危险和可操作性分析（HAZOP），及SIL定级，做出具体的定性、定量的风险评价。

2.2对于任何一种化工工艺，温度，压力，都是最基本也是最重要的工艺参数。加氢反应安全设施设计中，重点监控工艺参数并进行安全自动控制联锁，是对危险工艺的进一步要求。对温度、压力、氢气进料量和投料配比，加热系统，冷却系统等进行严格的监控要求。对各工艺参数进行在线监控，并设置有效的报警联锁。在反应温度，压力超出正常，达到报警值时，进行报警，通过联锁调节阀使反应调整到正常状态；若温度、压力超出正常，达到高高限值时，系统通过开关阀，切断原料投入，全开紧急冷却系统并打开泄放阀，使反应在最短时间内回复到正常状态。

以某精细化工企业的一套加氢反应装置为例，做探讨。

该反应以甲醇为溶剂，以钯碳作为催化剂，氮气作为惰性气体。此加氢反应为间歇反应。

工艺流程简述：原料为医药中间体，称重后经甲醇溶解。氢化釜用氮气置换釜内空气三次以上，由泵将溶解的物料打入氢化釜，真空抽入钯碳催化剂。打开反应釜搅拌，升温至55℃后，开始连续通入一定量氢气。加氢反应为放热反应，通过反应釜内盘管的低温冷却水调节，保证反应压力0.8MPa，保持温度55℃。保温反应3小时。待反应完全后，降温至25℃。用氮气置换釜内尾气，然后排空。加氢过程结束。

     设备配置：氢化釜（一台）、泄压罐（一个）、尾气吸收装置（一台）。

根据以上工艺要求，对反应过程中温度、压力、流量等工艺参数设置自动控制。

PIAS-压力报警联锁；PZSHH-压力高高联锁；PG—就地压力显示；

TIACS-温度报警联锁控制；TZSHH-温度高高联锁；OI-氧浓度检测；HI-氢气浓度检测；FIACS-流量报警联锁控制；FV-流量调节阀；TV-温度调节阀；XV-控制开关阀；XZV-控制开关阀。

如图一中所示，加氢反应工艺为国家安全监管总局发布的首批重点监管的危险化工工艺。所以在设有DCS控制联锁的同时，增加SIS控制安全系统。本工艺温度调节及压力控制为重点控制的工艺参数。通过联锁控制，将整个反应的安全性控制在有效范围之内。

由安全阀、旁路开关及泄压罐组成了安全泄放系统。由反应釜内盘管低温冷却水进口旁路开关阀及流量计组成了，紧急冷却系统。由氢气管道上的流量计、调节阀及切断阀组成了氢气进料的紧急切断系统。

具体控制关系见下表：

2.3根据《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》，在反应釜周围可能泄漏或聚集可燃、有毒气体的地方设置氢气和其他可燃有毒气体的检测器，检测器信号接至控制室气体报警控制器，数据上传至操作室气体浓度检测工作站显示，并进行声光报警。

2.4设置泄压罐。将加氢釜安全阀及紧急放空阀的出口接至泄压罐。泄压罐出口通大气。由于在紧急状态下放空时，由于釜内外的压差，可能带出釜内物料。泄压罐既做了收集，同时也释放了加氢釜的压力。泄压罐设有在线压力检测仪，泄压罐直通大气，为常压。当出口管道堵塞，泄压罐带压达高限时报警。

2.5设置尾气处理装置。加氢反应前后操作中很重要的一步是氮气置换釜内空气。一般情况下，用氮气置换三次后，方可进行下一步操作。置换出的气体含有，氮气、釜内溶剂的蒸汽、还有少量氢气等。需要进行吸收处理，将溶剂吸收，只留氮气、少量氢气可直排大气。尾气管道设在线氢气检测仪，用于检测尾气中氢气含量。

3、生产管理措施

加强员工培训，提高员工的专业素质,规范岗位员工的安全操作行为,防止违章指挥和违章操作行为的出现。

加强对设备的管理,防止加氢装置的各种设备带病运行,提高设备安全运行的效率,才能保证设备处于安全生产的状态,降低事故的发生率。

生产装置的设计及建设施工过程中,必须重视安全要素,对加氢生产装置的施工质量进行实时的监测和管理,保证生产装置达到设计的技术标准。对装置试压达到生产工艺的技术要求,防止装置承压达不到设计要求,而存在严重的安全隐患,而容易引发安全事故。

采取优化的防火防爆设计,有效地防止火灾和爆炸事故的发生。

加强工艺管理,保证加氢生产过程的安全。合理控制生产压力,防止装置超压运行。控制温度,防止发生飞温等事故。控制好加氢进料的速度,先提量,后提温,才能保证加氢工艺的顺利实施。加强工艺巡检制度，认真做好记录，对现场发现的任何问题需及时反馈解决。

加强对设备的维护保养,降低故障率。定期对压力容器进行安全检测,对设备的安全附件进行检查验收,防止设备存在严重的安全隐患,而引发安全生产事故。

4结论

加氢是在有机化合物分子中加入氢原子的反应，涉及加氢反应的工艺过程为加氢工艺，主要包括不饱和键加氢、芳环化合物加氢、含氮化合物加氢、含氧化合物加氢、氢解等。

加氢工艺的反应物料具有高燃爆危险特性；加氢为强烈的放热反应，氢气在高温高压下与钢材接触，钢材内的碳分子易与氢气发生反应生成碳氢化合物，使钢制设备强度降低，发生氢脆；再有催化剂再生和活化过程易引发爆炸；加氢反应尾气中有未反应的氢气和其他杂质在排放时易引发着火或爆炸。

所以，加氢反应工艺从设计阶段和生产管理阶段都需要严格按照相关文件执行。保证加氢装置的温度、压力、组分、液位、流量等主要工艺参数处于指标范围内；压力容器及管道处于安全运行状态；各类设备设施的静动密封是否完好无泄漏；超限报警、紧急切断、联锁等各类安全设施配备处于完好投用，可靠运行的状态。